1、课时分层提升练 四十分子结构与性质1.(2019开封模拟节选)第四周期有18种元素,其相关化合物在化工、医药、材料等领域均有着广泛的应用。请回答下列问题:(1)基态钙原子核外电子云形状为_,电子占据的最高能层符号是_。(2)五氧化二钒(V2O5)是硫酸工业中重要的催化剂,基态钒原子的价电子排布式为_。(3)琥珀酸亚铁片是用于缺铁性贫血的预防和治疗的常见药物,其中“亚铁”是关键成分, K3Fe(CN)6溶液是检验Fe2+的试剂,1 mol CN-中含键的数目为_,临床建议服用维生素C促进“亚铁”的吸收,避免生成Fe3+,从结构角度来看,Fe2+易被氧化成Fe3+的原因是_。(4)镓、锗、砷、硒的
2、第一电离能由大到小的顺序为_(用元素符号表示);其中锗的化合物四氯化锗可用作光导纤维掺杂剂,其熔点为-49.5 ,沸点为83.1 ,则其晶体类型为_,中心原子的杂化类型为_;砷酸酸性弱于硒酸,从分子结构的角度解释原因_ _。【解析】(1)基态钙原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s2,由于s、p两个能级的电子云形状分别为球形和哑铃形,所以基态钙原子核外电子云形状为球形和哑铃形;电子占据的最高能层是第四层,符号是N。(2)钒的原子序数为23,所以其基态的价电子排布式为3d34s2。(3)在CN-内部有一个,两个键,所以1 mol CN-中含键的数目为2NA;Fe2+的价电子排布式
3、为3d6,Fe3+的价电子排布式为3d5,3d5是半充满状态,比较稳定,所以Fe2+易被氧化成Fe3+。(4)同周期主族元素的第一电离能从左到右是依次增大的,但其中A和A,以及A和A之间存在有全满和半满的情况,所以有反常现象,因此镓、锗、砷、硒的第一电离能由大到小的顺序为AsSeGeGa;四氯化锗的熔沸点都很低,所以其晶体为分子晶体;中心原子即Ge的杂化类型为sp3,可以和四个氯原子形成四个等价的共价键;砷酸的分子式为H3AsO4,而硒酸的分子式为H2SeO4,所以在分子结构上,砷酸分子中的非羟基氧原子数少于硒酸的,所以砷酸酸性弱于硒酸。答案:(1)球形和哑铃形N(2)3d34s2(3)2NA
4、Fe3+的3d5半满状态更稳定(4)AsSeGeGa分子晶体sp3硒酸中非羟基氧原子较多(或其他合理解释)【加固训练】(2019哈尔滨模拟)已知A、B、C、D、E、F都是周期表中前四周期的元素,它们的核电荷数ABCDEF。其中A原子核外有三个未成对电子;化合物B2E为离子晶体,E原子核外的M层中只有两对成对电子;C元素是地壳中含量最高的金属元素;D单质的晶体类型在同周期的单质中没有相同的;F原子最外层电子数与B的相同,其余各层均充满电子。请根据以上信息,回答下列问题(答题时,A、B、C、D、E、F用所对应的元素符号表示):(1)A、B、C、D的第一电离能由小到大的顺序为_(用元素符号表示)。(
5、2)B的氯化物的熔点比D的氯化物的熔点_(填“高”或“低”),理由是_。(3)A的氢化物分子中的中心原子采取_杂化,E的低价氧化物分子的空间构型是_。(4)F的核外电子排布式是_,F的高价离子与A的简单氢化物形成的配离子的化学式为_,颜色为_。(5)A、F形成某种化合物的晶胞结构如图所示(其中A显-3价),则其化学式为_(每个球均表示1个原子)。(6)A、C形成的化合物具有高沸点和高硬度,是一种新型无机非金属材料,则其化学式为_,其晶体中所含的化学键类型为_。【解析】根据题意,C元素是地壳中含量最高的金属元素,则C为铝元素;A原子核外有三个未成对电子,原子序数小于铝元素,其电子排布式为1s22
6、s22p3,则A为氮元素;E原子核外的M层中只有两对成对电子,电子排布式为1s22s22p63s23p4,则E为硫元素;化合物B2E的晶体为离子晶体,B应为第A族元素,且原子序数在氮元素和铝元素之间,则B为钠元素;D单质的晶体类型在同周期的单质中没有相同的,D处于第三周期,故D为硅元素;F原子核外最外层电子数与B相同,其余各层均充满,且原子序数最大,电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,故F为铜元素。(1)在元素周期表中,同一周期元素的第一电离能从左到右呈增大趋势,同一主族元素的第一电离能从上到下逐渐减小,据此可判断四种元素的第一电离能的顺序为:NaAlSiN;(2)因Na
7、Cl为离子晶体,而SiCl4为分子晶体,离子晶体的熔沸点远大于分子晶体的熔沸点,故NaCl晶体熔点高;(3)A的氢化物为NH3,氮原子价层电子对数为3+=4,则氮原子采取sp3杂化;E的低价氧化物为SO2,硫原子孤电子对数为=1,价层电子对数为2+1=3,则为V形;(4)F为铜元素,其核外电子排布式为:1s22s22p63s23p63d104s1或Ar3d104s1,铜离子与氨气可以配位键形成配离子,其化学式为Cu(NH3)42+;(5)F为Cu,A为N,且N为-3价,由晶胞结构图可知,氮原子在顶点,则氮原子数为8=1,铜原子在棱心,则铜原子数为12=3,所以化学式为Cu3N;(6)A、C形成
8、的化合物为AlN,根据化合物具有高沸点和高硬度,是一种新型无机非金属材料,可判断晶体类型为原子晶体,化学键类型为共价键。答案:(1)NaAlSi”或“A、AA,因此第一电离能大于As元素的是Br和Kr。(3)根据雄黄的结构简式,As有3个键,一个孤电子对,因此As的杂化类型为sp3。(4)根据雌黄的结构,推出雌黄的分子式为As2S3,根据的流程,因此方程式为2H3AsO3+3H2SAs2S3+6H2O;SO2中心原子有2个键,孤电子对数为(6-22)/2=1,价层电子对数为3,因此VSEPR模型为平面三角形。答案:(1)自旋(2)1s22s22p63s23p63d104s24p3或Ar3d10
9、4s24p3Br、Kr(3)sp3(4)2H3AsO3+3H2SAs2S3+6H2O平面三角形OC。(4)因Ca2+的离子半径小于Sr2+,Ca2+更易结合碳酸根离子中的氧离子,使碳酸根离子更易分解为二氧化碳,故CaCO3的热分解温度低于SrCO3。答案:(1)6(2)SO3或 N 或Si平面三角形(3)小于sp2、sp372NOC(4)Ca2+的离子半径小于Sr2+,Ca2+更易结合碳酸根离子中的氧离子,使碳酸根离子更易分解为二氧化碳 1.铜、硼、硅、砷等元素的化合物是制造新型激光武器和新型太阳能电池的重要材料。回答下列问题:(1)基态硅Si)原子中,电子占据的最高能层的轨道数有_个。(2)
10、已知:蓝色晶体(CuSO45H2O)天蓝色溶液深蓝色溶液深蓝色晶体蓝色晶体中阴离子的空间构型是_;天蓝色溶液中的阳离子是_,其配体中心原子的杂化轨道类型是_;24.6 g深蓝色晶体(其摩尔质量为246 gmol-1)中配离子含有的键数是_;实验测得无水乙醇易溶于水,其原因是_。(3)砷化镓是具有空间网状结构的晶体,熔点为1230,是优良的第三代半导体材料。砷化镓属于_晶体。已知氮化硼与砷化镓属于同种晶体类型。则两种晶体熔点较高的是_(填化学式),其理由是_ _。上述两种晶体中的四种元素电负性最小的是_ (填元素符号)。【解析】(1)基态硅Si)原子核外电子数为14,基态原子核外电子排布为1s2
11、2s22p63s23p2,电子占据的最高能层符号为M,该能层具有的原子轨道数为1+3+5=9。(2)蓝色晶体CuSO45H2O中阴离子S,根据价层电子对互斥理论,价层电子对个数=键+孤电子对个数,S中心原子S的价层电子对数为=4,孤电子对数为=0,不含孤电子对,所以空间构型是正四面体结构;蓝色晶体溶于水得到天蓝色溶液中的阳离子是Cu(H2O)42+;其配体H2O中心原子O原子杂化轨道数为=4,采取sp3杂化方式;每个配离子Cu(NH3)42+含有的键数是34+4=16,故24.6 g深蓝色晶体Cu(NH3)4SO4H2O为0.1 mol,其中配离子Cu(NH3)42+含有的键数是0.1 mol
12、16NA mol-1=1.6NA;乙醇分子与水分子间存在氢键,乙醇分子和水分子都是极性分子,故无水乙醇易溶于水; (3)砷化镓是具有空间网状结构的晶体,熔点为1230,是优良的第三代半导体材料,与晶体硅相似,故砷化镓属于原子晶体;氮化硼与砷化镓都属于原子晶体,B、N间的键长比Ga、As的键长短,键能大,故BN晶体熔点较高;非金属性越强,电负性越强,则B、N、Ga、As四种元素电负性最小的是Ga。答案:(1)9(2)四面体Cu(H2O)42+sp31.6NA乙醇分子与水分子间存在氢键,乙醇分子和水分子都是极性分子(3)原子BN二者均为原子晶体,B、N间的键长比Ga、As的键长短,键能大Ga2.A
13、族的碳、硅等元素的化合物在研究和生产中有许多重要用途。请回答下列问题:(1)在基态14C原子中,核外存在_对自旋相反的电子;C离子的几何构型为_。(2)利用反应Cu2Cl2+C2H2+2NH3Cu2C2(乙炔亚铜,红色)+2NH4Cl可检验乙炔。乙炔分子中键与键数目之比为_,NH4Cl中含有的化学键类型有_。(3)“分子机器设计和合成”的研究对象之一为“分子开关”,“分子开关”与大环主体分子苯芳烃、杯芳烃等有关。如图为对叔丁基杯4芳烃,由4个羟基构成杯底,羟基间的相互作用力是_。对叔丁基杯4芳烃中碳原子的杂化方式有_。杯芳烃可用于某些B族元素金属离子如57La3+及21Se2+的萃取,基态Se
14、2+核外电子排布式为_。(4)硅、硒均能与氢元素形成气态氢化物,若“Si-H”中共用电子对偏向氢元素,氢气与硒反应时单质硒是氧化剂,则硒与硅的电负性相对大小为Se_(填“”或“Si;在第三周期中,钠失去1个电子后,就已经达到稳定结构,所以钠的第二电离能最大,镁最外层为2个电子,失去2个电子后为稳定结构,所以镁的第二电离能较小,铝最外层有3个电子,失去2个电子后还未达稳定结构,而铝的金属性比镁弱,所以第二电离能比镁略高,硅最外层上2p层有2个电子,失去后,留下2个电子,相对较稳定,所以硅的第二电离能比铝要低,磷、硫非金属性逐渐增大,第二电离能也增大,由于硫失去一个电子后,3p轨道上是3个电子,是
15、较稳定结构,所以硫的第二电离能要高于氯,综上分析,代表第二电离能的图是a。答案:(1)2平面三角形(2)32离子键、共价键、配位键(或离子键、共价键)(3)氢键sp2、sp31s22s22p63s23p63d1(或Ar3d1)(4)a【加固训练】(2019济南模拟)GaN、GaP、GaAs是人工合成的一系列新型半导体材料,其晶体结构均与金刚石相似。铜是重要的过渡元素,能形成多种配合物,如Cu2+与乙二胺(H2NCH2CH2NH2)可形成如图所示配离子。回答下列问题:(1)基态As价电子的电子排布图为_;(2)熔点:GaN_GaP(填“”或“”或“GaP。(3)As的非金属性弱于Se,非金属性越
16、强,第一电离能越大,但是由于As的p轨道电子处于半充满状态,故As的第一电离能Se,第一电离能:AsSe。(4)铜离子提供空轨道,乙二胺中氮原子提供孤对电子形成配位键,乙二胺中两个碳形成非极性键,Cu2+与乙二胺所形成的配离子内部不含有的化学键类型是离子键。(5)氮原子形成3个键和一对孤电子对,乙二胺分子中氮原子轨道的杂化类型为sp3;乙二胺分子间可形成氢键,三甲胺分子间不能形成氢键,故乙二胺比三甲胺的沸点高很多。答案:(1)(2)(3)(4)c(5)sp3乙二胺分子间可形成氢键,三甲胺分子间不能形成氢键 3.(新题预测)锗(Ge)是典型的半导体元素,在电子、材料等领域应用广泛。回答下列问题:
17、(1)基态锗原子的核外电子排布式为Ar_,有_个未成对电子。(2)Ge与C是同族元素,碳原子之间可以形成双键、三键,但锗原子之间难以形成双键或三键。从原子结构角度分析,原因是_ _。(3)比较下列锗卤化物的熔点和沸点,分析其变化规律及原因_ _。GeCl4GeBr4Gel4熔点-49.526146沸点83.1186约400(4)光催化还原CO2制备CH4反应中,带状纳米Zn2GeO4是该反应的良好催化剂。Zn、Ge、O电负性由大至小的顺序是_。(5)Ge单晶具有金刚石型结构,其中锗原子的杂化方式为_,微粒之间存在的作用力是_。【解析】(1)锗为32号元素,根据原子核外电子的排布规律,可写出其电
18、子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p2,其核外电子排布简式为Ar3d104s24p2,其中4p能级有2个未成对电子。(2)虽然锗与C是同族元素,碳原子之间可以形成双键、三键,但考虑锗的原子半径大,难以通过“肩并肩”方式形成键,所以锗原子之间难以形成双键或三键。(3)由表中数据可知,锗的卤化物都是分子晶体,分子间通过分子间作用力结合,对于组成与结构相似的分子晶体,相对分子质量越大,分子间作用力越强,熔沸点越高,由于相对分子质量:GeCl4GeBr4GeI4,故沸点:GeCl4GeBr4GeZn。(5)由于锗单晶具有金刚石型的结构,故每个锗原子与相邻的四个锗原子形成四个共价键
19、,其原子轨道杂化类型为sp3杂化。答案:(1)3d104s24p2 2(2)锗原子半径大,原子间形成的单键较长,p-p轨道肩并肩重叠程度很小或几乎不能重叠,难以形成键(3)GeCl4、GeBr4、GeI4的熔、沸点依次增高。原因是分子结构相似,相对分子质量依次增大,分子间相互作用力逐渐增强(4)OGeZn(5)sp3 共价键 4.镍及其化合物在工业生产和科研领域有重要的用途。请回答下列问题:(1)基态Ni原子中,电子填充的能量最高的能级符号为_,价层电子的轨道表达式为_。(2)Ni的两种配合物结构如图所示:A的熔、沸点高于B的原因为_。A晶体含有化学键的类型为_(填选项字母)。A.键B.键C.
20、配位键D.金属键A晶体中N原子的杂化形式是_。(3)人工合成的砷化镍常存在各种缺陷,某缺陷砷化镍的组成为Ni1.2As,其中Ni元素只有+2和+3两种价态,两种价态的镍离子数目之比为_。【解析】(1)镍的原子序数为28,其电子排布式为1s22s22p63s23p64s23d8,其价电子的轨道表达式为,所以基态镍原子核外电子填充的能量最高的能级符号为3d。(2)A中有OH键,而B中没有,而有OH键的物质可在分子间形成氢键,使物质的熔沸点升高;在A的分子结构中有CN双键,其中有键和键,有箭头所示的配位键,故选ABC,其中的N原子以sp2方式杂化。(3)某缺陷砷化镍的组成为Ni1.2As,其中Ni元
21、素只有+2和+3两种价态,设+2价的Ni为x个,+3价的Ni为y个,则由原子守恒得x+y=1.2,由化合价原则得2x+3y=3,求出x=y=0.6,所以两种价态的镍离子数目之比为11。答案:(1)3d(2)A中含氢键A、B、Csp2(3)11【加固训练】(2019遂宁模拟节选)铜、磷及其化合物是非常重要的物质。(1)Cu+的电子排布式_;(2)在硫酸铜溶液中加入过量KCN,生成配合物Cu(CN)42-。Cu(CN)42-的配体为_,Cu(CN)42-中C的杂化方式为_,则1个Cu(CN)42-中含有的键的数目为_个;(3)锂-磷酸氧铜电池正极的活性物质是Cu4O(PO4)2,不溶于水,可通过N
22、a3PO4、CuSO4和NH3H2O反应制取。制取Cu4O(PO4)2的化学方程式为_ _;(4)PCl5中P-Cl键长有198 pm和206 pm两种。PCl5是非极性分子,可作为导电熔体,其原理为PCl5电离为一个阴离子和一个阳离子,其中阴离子为正八面体,阳离子为正四面体,写出一种阳离子的等电子体的化学式_ _,PCl5的立体构型为_;【解析】(1)铜的核电荷数是29,Cu+的电子排布式Ar3d10。(2)Cu(CN)42-的配体为CN-,CN-是碳氮三键,故碳的杂化类型为sp,1个Cu(CN)42-中含有四个配位键,CN-有一个键,故1个Cu(CN)42-的键数目为8个。(3)Na3PO
23、4、CuSO4和NH3H2O反应制取Cu4O(PO4)2,是一个非氧化还原反应,故其化学方程式为2Na3PO4+4CuSO4+2NH3H2OCu4O(PO4)2+3Na2SO4+(NH4)2SO4+H2O。(4)PCl5可电离成PC、PC两种离子,PC为正四面体,PC是正八面体,PCl5的立体构型为三角双锥形,PC为5原子32价电子,与其互为等电子体的微粒有:SiCl4或SiF4或S或P等。答案:(1)Ar3d10(2)CN-sp8(3)2Na3PO4+4CuSO4+2NH3H2OCu4O(PO4)2+3Na2SO4+(NH4)2SO4+H2O或4Cu2+2P+2NH3H2OCu4O(PO4)2+2N+H2O(4)SiCl4(或SiF4或S或P等合理答案均可)三角双锥